[논문]바닥재에서 발생하는 준휘발성유기화합물 측정 및 챔버 내 기류 특성 평가

서장후; 임만택

바닥재에서 발생하는 준휘발성유기화합물 측정 및 챔버 내 기류 특성 평가
Measurement of Semi-Volatile Organic Compounds from Flooring Material and Evaluation on Airflow Characteristics in a Test Chamber 원문보기

서장후 (조선대학교 건축학부) , 임만택 (조선대학교 건축학부)

Some types of semi-Volatile organic compounds (SVOC) that are emitted from plastics used in building materials and household appliances have associated health risks, even at low concentrations. In this study, micro chamber method for measuring SVOC is introduced and SVOC such as di (2-ethylhexyl) phthalate and butylated hydroxyltoluene emitted a flooring material were measured using a micro chamber method. Airflow characteristics in a micro test chamber deeply depended on air exchange rate. From the evaluation using an index of air change efficiency, such as the air age and the coefficient of air change performance, a fixed air exchange rate of $1.5\;h^{-1}$ in the micro chamber is desirable.

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문제 정의

본 연구에서는 SVOC 방출량 측정용 마이크로챔버법를 소개하고 마이크로챔버법을 이용하여 염화비닐수지로 만들어진 바닥마감재에서 발생하는 SVOC 방출량을 측정하였다. 또한 CFD(Computational Fluid Dynamics)해석을 이용하여 공기령 및 환기성능계수를 평가함으로써 마이크로챔버 내의 기류 특성을 검토하였으며 그 결과를 보고한다.
본 연구에서는 SVOC 방출량 측정용 마이크로챔버법를 소개하고 마이크로챔버법을 이용하여 염화비닐수지로 만들어진 바닥마감재에서 발생하는 SVOC 방출량을 측정하였다. 또한 CFD(Computational Fluid Dynamics)해석을 이용하여 공기령 및 환기성능계수를 평가함으로써 마이크로챔버 내의 기류 특성을 검토하였으며 그 결과를 보고한다.

제안 방법

Table 2 (a), (b)의 실험조건과 같이 본 실험에서는 두 가지 공정에 의해 SVOC를 측정한다.
Fig. 1과 같이 실험샘플인 염화비닐 바닥재를 마이크로챔버 내에 설치하고, 염화비닐 바닥재는 25±1℃, 상대습도 50±5%의 조건에서 3일 간 양생을 한 후, 실험샘플로 사용하였다.
따라서 본 공정에서는 공급가스로서 비활성 기체인 헬륨을 공급한다(Table 2 (b)). Tenax-TA 를 이용해 공기포집을 하고, Table 3의 분석조건으로 GC / MS(GasChromatography / Mass Spectrometry) - TDS (Thermal Desorption System)를 이용하여 오염물질에 대한 정량, 정성적 분석을 한다.
본 연구에서는 마이크로챔버를 이용하여 염화비닐 바닥재에서 발생하는 SVOC 방출량을 측정하였다. 그리고 CFD해석을 이용하여 공기령, 환기성능계수 등을 평가함으로써 마이크로챔버 내의 환기 특성을 검토하였다. 이상의 결과를 바탕으로 도출된 결론을 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 마이크로챔버를 이용하여 염화비닐 바닥재에서 발생하는 SVOC 방출량을 측정하였다. 그리고 CFD해석을 이용하여 공기령, 환기성능계수 등을 평가함으로써 마이크로챔버 내의 환기 특성을 검토하였다.
환기회수를 0.8 회/h, 1.5회/h 그리고 4.0 회/h로 챔버의 급기구에서의 유입 경계조건을 설정하고, 챔버 내의 공기령, 환기성능 계수, 물질전달율을 검토한다.^(6-8) 기류장의 해석은 Low Reynold's number type k-ε model (Abe–Nagano model)을 사용해서 3차원 해석을 한다.

이론/모형

(6-8) 기류장의 해석은 Low Reynold's number type k-ε model (Abe–Nagano model)을 사용해서 3차원 해석을 한다.

성능/효과

(1) 마이크로챔버법에서는 2단계 공정에 의해 오염물질 방출량을 측정하는데, 염화비닐 바닥재에서 방출되는 화학물질 중 DEHP와 같은 SVOC는 챔버를 고온 가열하여 오염물질을 챔버 벽멱으로부터 탈착시키는 공정에서 검출되는 것으로 확인되었다.
(2) 마이크로챔버 내로 유입되는 청정공기의 풍속이 너무 큰 경우, 유입된 공기가 급기구 정면의 챔버 벽면에 충돌을 하고, 큰 환기회수에도 불구하고 순환류와 정체역이 발생하는 것으로 나타났다. 챔버 내의 평균 공기령 및 환기성능계수 평가 결과에 의하면 챔버의 환기회수가 1.
마이크로챔버 내의 DEHP 환산 물질전달율과 평균 공기령은 환기회수의 증가에 따라 그 값이 증가하는 것으로 나타났다. 실험샘플 근처의 공기령도 환기회수의 증가에 따라 그 값이 급격히 증가하였고, 특히 환기회수가 4.
마이크로챔버 내의 DEHP 환산 물질전달율과 평균 공기령은 환기회수의 증가에 따라 그 값이 증가하는 것으로 나타났다. 실험샘플 근처의 공기령도 환기회수의 증가에 따라 그 값이 급격히 증가하였고, 특히 환기회수가 4.0 회/h의 경우 마이크로챔버에 유입된 청정공기가 배기구까지 도달하는 데 가장 시간이 오래 걸리는 것으로 확인되었다. 이는 유입기류의 큰 풍속에 의한 순환류에 영향을 받은 것으로 판단된다.
실험조건과 동일하게 환기회수를 1.5 회/h(급기구 유속 Uin= 3.9×10-2m/s)로 설정하였을 때와 4.0 회/h(급기구 유속 Uin= 5.2×10-2 m/s)로 증가시켰을 때 마이크로챔버 내의 평균풍속도 증가하는 것으로 나타났다(Table 6).

후속연구

(3) 본 연구에서는 CFD해석에 의해 DEHP 환산 물질전달율을 예측하였으나, 마이크로챔버 내의 물질전달 특성을 정확히 평가하기 위해서는 실험을 통한 검증이 요구된다.
본 연구의 결과를 바탕으로 SVOC 방출량과 온도, 상대습도, 환기회수, 물질전달율 등 환경인자와의 상관성을 검토할 필요가 있고, 각종 가전제품을 대상으로 하여 SVOC 방출량 실험을 할 예정이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

일반적인 챔버법을 이용한 SVOC의 방출량 측정이 어려운 이유는?

SVOC의 대표적인 물질로는 프탈산에스테르(Phthalic acid ester)류나 인산에스테르(Phosphoric acid ester)류를 들 수 있으며, 재료의 난연성, 가소성을 위해 바닥재, 벽지 등의 마감재와 가전제품에 많이 사용되고 있다.(2) 이러한 SVOC는 높은 끓는점으로 인해서 챔버 등 고체의표면에 잘 부착되기 때문에 일반적인 챔버법을 이용한 방출량 측정이 어렵다. 또한 SVOC는 가스 상태로 실내공기 중에 존재하며, 실내 먼지들에 부착이 되어 알레르기, 천식 등 거주자의 건강에 나쁜 영향을 미치는 오염물질로 보고되고 있다.

마이크로챔버법이란?

일본에서는 SVOC의 방출량을 평가하기 위한 측정법으로서 마이크로챔버법(4)이 제안되어 있다. 마이크로챔버법은 실온환경에서 낮은 수증기압에 의해 고체표면(챔버 내 벽면)에 흡착된 SVOC의 흡착량을 고려하여 방출량을 평가하는 방법으로 건축자재 등에서 발생한 SVOC를 마이크로챔버내벽면에 흡착시키는 공정과 흡착된 SVOC를 가열․탈착 시키는 공정으로 이루어져 있고, 이 방법에 의해 각종 건축자재 등에서 발생하는 SVOC의 방출량 측정이 가능하다.(5) 한편, 일반적인 챔버법에 의해 측정되는 휘발성 유기화합물의 방출량은 온도, 상대습도, 환기량 등 주변 환경의 영향을 크게 받는다.

마이크로챔버 내의 환기 특성을 검토한 결과 마이크로챔버 내로 유입되는 청정공기의 풍속이 너무 큰 경우 나타나는 문제는?

(2) 마이크로챔버 내로 유입되는 청정공기의 풍속이 너무 큰 경우, 유입된 공기가 급기구 정면의 챔버 벽면에 충돌을 하고, 큰 환기회수에도 불구하고 순환류와 정체역이 발생하는 것으로 나타났다. 챔버 내의 평균 공기령 및 환기성능계수 평가 결과에 의하면 챔버의 환기회수가 1.

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